蓝宝石化学机械抛光液作用研究

 光电子领域是 21 世纪最具发展前景的高科技领域之一, 其中, 发光二级管 (LED) 凭借其低工作电压、 低功耗、高效率、长寿命、固体化、快响应速度以及驱动电路简单等优点, 成为相当重要的半导体电子元件。 目前, 蓝宝石基片是 LED 工业的首选衬底, 蓝宝石表面的质量对 LED 器件的质量和性能有着非常重要的 影响。因此, 在生产蓝宝石基片时, 对最后一道抛光加工工序有很高的要求, 要求蓝宝石基片的表面超光滑、 无缺陷, 且粗糙度 Ra 小于 0.2 nm, 这也成为了蓝宝石衬底最重要的制程。但是, 由于蓝宝石晶体材料硬度 高、脆性大、有化学惰性, 属于典型的极难加工材料之一, 因此, 如何让抛光加工满足日益严格的要求, 长期 以来倍受关注 [1]。如今化学机械抛光 (CMP) 是惟一可实现全局平坦化的抛光方法, 而且由于其成本相对较 低等优点, 也是迄今为止惟一可以在蓝宝石生产中大规模应用的抛光方法。硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒 在水中或溶剂中的分散液, 属于胶体溶液, 无臭、无毒, 由于它价格低廉、分散稳定性好、具有一定的抛光性 能且抛光后缺陷低, 广泛应用于集成电路 (IC) 化学机械抛光液中, 其中蓝宝石基片化学机械抛光液所用磨 料即为硅溶胶。

   近年来, 国内外对蓝宝石抛光液的研究取得了较大的进展, 多款商业硅溶胶及抛光液已得到了广泛应 用, 并对其作用机制开展了相关研究。美国新泽西州立大学 Honglin Zhu 等人 [3] 研究了水相介质对蓝宝石 抛光的重要性, 提出在以氧化铝为磨料的抛光过程中, 蓝宝石表面会形成一层硬度较小、易于去除的水化层, 从而促进了去除速率, 保证了表面质量。乌克兰国家科学院 E.A. Vovk 等人 [4] 利用 X 射线光电子能谱分析 (XPS) 对蓝宝石基片进行表面元素分析以及深度分析, 推测出被二氧化硅抛光过的蓝宝石基片表面会生成 硅铝化合物, 该化合物为 Al2SiO5, 是由二氧化硅与离子形式的 Al 元素反应得到的, 并给出了反应方程式。 尽管如此, 目前蓝宝石的 CMP 抛光机理尚不明确。

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